Misteri di Universo e Multiverso
Astronomia e Astrofisica
Distanze, grandezze, costanti: lastronomo Corrado Ruscica ci parla del nostro Universo e dellaffascinante teoria del Multiverso
Corrado Ruscica – 10/11/2019
Nonostante lastronomia sia stata fondamentale nellantichità per la costruzione di calendari e la
navigazione, essa rimane sempre la scienza dei numeri o meglio dei grandi numeri. Di fatto, per gli
antichi losservazione del cielo aveva la funzione di un gigantesco orologio sopra le teste,
mediante il quale era possibile prevedere, in qualche modo, il movimento e la posizione degli astri.
Tra tutti i popoli dellantichità i Greci avevano già ottenuto risultati alquanto dettagliati,
almeno per lepoca. Di fatto, grazie allo studio delle ombre proiettate dagli oggetti, i greci
avevano determinato la curvatura della superficie terrestre che aveva permesso successivamente di
ricavare, con unaccuratezza incredibile dellordine del 10%, le dimensioni della Terra, già più di
2.000 anni fa. Insomma, gli antichi Greci non erano del tutto ignoranti se pensiamo che essi avevano
potuto trovare, con una approssimazione grossolana, anche le distanze tra la Terra e la Luna e tra la Terra e il Sole.
Oggi, per misurare queste enormi distanze gli astronomi moderni utilizzano una sorta di metro
cosmico, cioè il tempo che impiega la luce a propagarsi nello spazio per raggiungere gli strumenti
a Terra (ricordiamo che la velocità della luce è pari a circa 300 mila chilometri al secondo e che
in 1 anno essa percorre una distanza di circa 9 mila miliardi di chilometri). Dunque, se utilizziamo
il linguaggio degli astronomi si dice che il Sole si trova a circa 8 minuti-luce mentre la stella
più vicina, Proxima Centauri, dista appena 4 anni-luce, una distanza che con l’attuale tecnologia
sarebbe percorsa in circa 25 mila anni. Inoltre, il Sistema Solare che risiede in uno dei bracci a
spirale della Via Lattea è situato a circa 30 mila anni-luce dal nucleo centrale e per percorrere da un estremo allaltro lintera Galassia la luce impiega circa 100 mila anni.
Ma per dare unidea di quanto estremamente grandi sono le distanze astronomiche facciamo quest’altro
esempio: riducendo la Terra al diametro di una moneta da 1 centesimo, Giove si troverebbe a circa
300 metri, Plutone a circa 2,5 chilometri mentre per raggiungere la stella più vicina dovremmo percorrere una distanza di circa 15 mila chilometri.
Uno sguardo d’insieme
Se fossimo in grado per un istante di osservare l’intero Universo, potremmo riassumere la cosmologia nei seguenti tre punti:
lo spazio ed il tempo, assieme alla materia e all’energia, si sono originati da una grande
esplosione iniziale, il Big Bang, circa 13,7 miliardi di anni fa quando l’Universo è passato dalle
dimensioni di 1 centimetro a quelle attuali, attraverso una fase di rapida espansione esponenziale,
l’inflazione, che ha determinato un aumento del volume dello spazio di un fattore dellordine di 100
mila miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di volte superiore in una piccolissima
frazione di tempo durata circa un centimillesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo;
il contenuto di materia-energia dellUniverso è rappresentato dal 73% circa di energia scura, dal
23% di materia scura e solo il 4% è costituito dalla materia ordinaria, cioè quella materia visibile
formata principalmente dalle stelle e dalle galassie, così come è stato confermato dalla recente missione del satellite WMAP;
che il numero stimato delle galassie presenti nellUniverso è dellordine di 100-150 miliardi, o
forse più secondo quanto viene suggerito dalle recenti osservazioni condotte con il telescopio
spaziale Hubble, e che ogni galassia contiene mediamente da circa 100 a 400 miliardi di stelle.
Ma le galassie possono avere forme e dimensioni diverse, dalle più piccole, dette galassie nane, che
contengono poche decine di milioni di stelle, a quelle super giganti in cui si stima che possono
esistere, forse, fino a mille miliardi di stelle. Le stelle possono avere masse comprese tra circa
un decimo e duecento masse solari (gli astronomi usano come massa di riferimento quella del Sole):
gli oggetti che hanno masse inferiori a una massa solare sono chiamati nane brune, ossia corpi
celesti che si trovano a metà strada tra le stelle e i pianeti, mentre pare che non esistano corpi
celesti con masse al di sopra di 200 masse solari. Vi siete mai domandati qual’è la stella più grande dell’Universo?
Di recente, gli astronomi hanno individuato nella costellazione del Cane Maggiore l’oggetto VY Canis
Majoris (VY CMa) una stella ipergigante, situata ad una distanza di circa 5.000 anni-luce, che con
un diametro pari a 2.600 raggi solari (1 raggio solare è pari a circa 700 milioni di metri)
rappresenta attualmente la stella più grande che conosciamo e una tra le più luminose. Per dare
un’idea delle sue dimensioni, immaginiamo di essere su un aereo e di sorvolare la stella procedendo
con una velocità di 900 Km/h: per percorrere un giro completo dovremmo impiegare più di 1.000 anni
per ritornare al punto di partenza. E dei pianeti cosa ne resta? Uno degli obiettivi della ricerca
spaziale riguarda proprio la scoperta di pianeti simili alla Terra. Al momento si conoscono più di
2.000 corpi celesti candidati pianeti mentre oltre 700 sono stati confermati come veri e propri pianeti.
Tuttavia, dobbiamo dire che la maggior parte di essi sono pianeti giganti gassosi (pianeti giovani)
o ghiacciati, mentre altri hanno masse e dimensioni alcune volte superiori rispetto a quelle del
nostro pianeta (super-terre) e spesso si trovano molto vicini al proprio Sole. Grazie alla missione
del satellite Kepler, la sfida dei ricercatori è comunque quella di individuare decine di pianeti
simili alla Terra che abbiano dimensioni fino a circa due volte quelle del nostro pianeta e che si
trovino nella cosiddetta zona abitabile, dove cioè l’acqua esiste allo stato liquido e dove si
possano sviluppare eventuali forme di vita. Il passo successivo sarà poi quello di chiedersi quanti
pianeti che ospitano civiltà intelligenti esistono nella Via Lattea. Per rispondere a questa domanda
dobbiamo ricorrere alla ben nota equazione di Drake che prevede, secondo una ipotesi ottimistica,
almeno 5.000 civiltà intelligenti. Ma fin dove possiamo spingerci con le osservazioni? In realtà,
l’orizzonte cosmico, cioè la superficie della sfera celeste che teoricamente siamo in grado ancora
di osservare, non si trova a 13,7 miliardi di anni-luce di distanza. Di fatto, nel corso del tempo,
la distanza effettiva di questo orizzonte è diventata molto più grande per cui il suo bordo ha
continuato ad espandersi arrivando oggi a circa 47 miliardi di anni-luce. Dunque, assumendo che la
superficie del nostro orizzonte cosmico sia una sfera, il diametro del nostro Universo osservabile
ha una estensione di circa 94 miliardi di anni-luce e quindi il suo volume stimato diventa di 5 milioni di miliardi di miliardi di miliardi di anni-luce cubici.
Universo e Multiverso
Uno degli enigmi dellastrofisica moderna è quello di capire come mai le costanti della natura, cioè
quei valori che esprimono lintensità della forza gravitazionale o di quella elettromagnetica, o
ancora i valori della velocità della luce, della costante di Planck, della massa delle particelle e
così via siano definiti da particolari numeri. Ad esempio, se la costante di gravitazione universale
fosse più piccola, la forza di gravità risulterebbe più debole e di conseguenza tutte le strutture
cosmiche sarebbero compromesse, rendendo lUniverso uno spazio sempre più vuoto. Insomma, pare che
esista una sorta di ricetta cosmica il cui prodotto finale, cioè lUniverso, dipenda dalla
combinazione e dalla relazione che esiste tra questi valori: in altre parole, se uno di questi
valori non dovesse essere sintonizzato nella giusta frequenza, per usare un esempio radiofonico, lUniverso non esisterebbe così come lo conosciamo.
Per tentare di risolvere questo enigma, i teorici hanno introdotto due ipotesi. Una è si basa sulla
matematica e suggerisce il fatto che il valore che assumono le costanti della natura sia fissato,
per così dire, da una teoria più profonda, forse data dalla presunta teoria delle stringhe, che sia
in grado di imporre un solo valore possibile per ciascuna costante. Laltra ipotesi si basa, invece,
su una spiegazione di tipo antropico. I valori delle costanti potrebbero essere completamente
casuali, perciò se essi fossero diversi da quelli che noi misuriamo il nostro Universo potrebbe non
esistere. Una tale idea porta allesistenza di un processo fisico che permette di generare una serie
infinita di universi ognuno dei quali è caratterizzato da un determinato valore delle costanti e da leggi fisiche proprie.
Questo nuovo concetto noto come Multiverso è contemplato da alcune versioni della teoria delle
stringhe, ma anche da alcuni modelli cosmologici che rientrano nell’ambito della cosiddetta
inflazione caotica, in cui ogni universo emerge da una bolla inflazionistica che si origina da
fluttuazioni quantistiche casuali allinterno di un universo che si è formato in precedenza.
Insomma, pare proprio che i valori delle costanti della natura racchiudano una sorta di codice
cosmico con tutti i suoi segreti e ne definiscano la sua essenza più profonda. In definitiva, se
una di loro fosse leggermente diversa, lUniverso potrebbe assumere un altro aspetto fisico.
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